PLC技术用于污水泵站自动控制系统

刘晓斌 青岛理工大学

我国石油行业在油井污水站自动控制中选用了目前较先进的PLC控制技术。这种技术的研发与传统控制系统相比，不仅设定的程序增多，而且该系统还可以对设备接口配置模型，动力控制以及传感控制功能都能够自动配置相应的参数[1]。

1 控制系统中的PLC设施

1.1 PLC的硬件设施

（1）污水泵站的设备。污水泵站自动控制系统若应用PLC技术，其设备需要有严格的控制。需要2台格栅前进水启闭机、2台格栅后出水启闭机，2台格栅，1台皮带机，6台潜水泵，6个出水阀门，1个出水管道压力计，1个出水流量计，1个液位计，2个液位差计。

（2）模块的选择。模块的选择主要包括对模拟量模块、开关量模块、CPU模块以及框架和电源模块进行选择。其中模拟量模块可以根据污水泵站的5个模拟量的输入情况，选择2个4通道的差分输入模块；开关模块可以根据受到控制的设备数量和开关的输出信号的状况，选择11个输入模块和3个输出模块；CPU模块可以根据输入和输出模块的总数情况，也可以根据网络系统互联的要求，选择CPU-16 KMem，OS501 SeriesC处理器模块；框架和电源模块可以根据模块的类型和数目，选择2个10槽的框架和2个电源模块。

1.2 PLC的软件设施

（1） 格栅池设备的控制要求。若格栅在没有发生故障的情况下，则与之对应的进、出水启闭机就是开启的，在进、出水启闭机没有关到位时，格栅就会周期性运行，也可以随着液位差启停工作[2]。这个期间，周期性运行的停止时间和液位差值，是根据运行模式决定的，一般包括晴天、雨天和暴雨天3种模式。

（2） 集水池设备的控制要求。泵的启动或停止是通过水位的高低来控制的，通过上位监控器来设置晴天、雨天、暴雨天3种运行模式下的水位数值。在晴天的运行模式中还可以设置白天和夜间2种模式，且这2种模式能够自动切换；可以将雨天和暴雨天的运行模式设置为人为遥控。

（3）PLC的控制程序组成。PLC的自动控制程序根据控制要求可以分为主程序、格栅池和集水池的子程序3部分，以保证PLC的硬件设施能够正常运行。

2 接口配置模型及原理

2.1 接口配置模型

PLC自动控制模块把多个结构有效地整合到一个系统模式中，使之能够实现彼此之间信息的传递[3]。

2.2 电气配置原理

在电气自动控制过程中，不仅需要大型操作设备的配合，还需使用微观电子计算机。在操作设备时程序的排序方式，机械设施内部的流程控制以及动力系统运转情况都由计算机控制，做到了机与电的有效结合。

2.3 动力控制系统原理

PLC动力控制系统在运行程序时保持电流与电压的控制比例不变，主要是因为在电力电源控制系统中含有电磁继电器。利用初级线圈与次级线圈之间的动力感应保持两者之间的比例关系，满足关系表达式n1∶n2=U1∶U2，当电源输出部分经过电磁继电器相互感应时，便能调整备用电源的输出量[4]。假设在污水泵处理系统中，运用感应电动势调整整个输出部分，污水处理泵的额定电压为220 V，通过磁感线圈匝数的调控比例，初级线圈匝数为40，次级线圈匝数为25。通过两者之间的线性关系，使得输出部分的电压为138 V。此外磁感线圈还能产生磁感线，保证整个传输电路电能的有效传输；原有PLC电力控制系统中，没有进行磁感线圈的外围干扰，使得主干线路损失的电能远远超过额定预计的损失。原有主干线路中每千米损耗的电能为12 kW，经过磁感线圈的输出调整，能把传输主干线路中的电能损耗降低至7 kW，这样能保证电能传输的有效值。

3 应用实例

以我国华北油田生产为例，该油田自动化技术控制模式主要包括模拟自动控制与数字自动控制，其中数字自动控制方式的稳定性比模拟自动控制方式的稳定性高。PLC外部控制电路在结构组成上属于PLC控制电路系统中的硬件设施，但在控制电路图中，输入元件和输出元件没有固定在电路图中。主要是因为在经过输入点和输出点位置调整后，电路图能够适合于多种改造设备中。继电器能适于远距离信号的传输，并且能够在短时间内切断和连接控制电路。继电器可对电流信号参数以及电压参数进行设定，在继电器输入端部分输入参数量，这种控制系统在污水泵站系统中具有一定的层次性，能够有效对污水中各种成分进行控制。

此外，在大庆油田某污水处理厂中，将控制系统分成现场手动控制与自动控制两种，其系统程序分为如下几部分：①控制系统检测模块，主要对输入信号检测与处理，并对处理结果进行响应；②PLC系统格栅除污机的运行处理模块；③油田污水泵处理模块；④计算机数据处理模块与人机操作界面处理系统，实现传送数据的统计与处理功能；⑤打印机的相关处理系统，例如对设备运行状态的打印、记录与对比。

其中自动控制系统中使用西门子S7—300 PLC系统完成污水处理过程，管理人员在进行简单操作后即可完成整个污水站的污水处理，并且总投资仅为5 000万元，可谓达到了事半功倍的效果，创造了较高的社会效益。

[1]庄丽娟，吴丽云．基于PLC控制的废水处理系统设计[J]．微计算机信息，2005（1）：24-25.

[2]浙江大学罗克韦尔自动化控制技术中心．PLC系统[M]．杭州：浙江大学出版社，2000.

[3]贲艳波．PLC在油水分离控制系统中的应用[J]．油气田地面工程，2013，32（5）：78-79.

[4]卢建刚，黄振华．PLC在半山电厂废水处理系统中的应用[J]．微计算机信息，2007（1）：101-102.